Влияние физико-механических свойств исходных материалов на качество каширования (1094722), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

В зависимости от метода испытания за меру адгезии могут быть приняты сила, энергия или время. Для динамических мето­дов показателем прочности адгезионного соединения служит число циклов нагружения до разрушения.

Сопротивление, которое приходится преодолевать при равно­мерном отрыве или сдвиге, выражается в дин/см² или Г/см². Сила, которую затрачивают при отслаивании или расслаивании (нерав­номерном отрыве), называется сопротивлением отслаиванию (расслаиванию) и выражается в дин/см или Г/см. Часто при от­слаивании (расслаивании) определяют работу, затраченную на от­слаивание и отнесенную к единице площади, которую называют удельной работой отслаивания, или работой адгезии, и выражают в эрг/см². Иногда величину адгезии характеризуют временем, не­обходимым для нарушения связи между субстратом и адгезивом под действием определенной нагрузки.

Наиболее распространены методы неравномерного отрыва (от­слаивания, расслаивания). Они позволяют выявить колебания в ве­личине адгезии на отдельных участках испытуемого образца. Кроме того, эти методы дают достаточно хорошую воспроизводимость результатов и отличаются простотой. Предположение об одновременном нарушении связи между адгезивом и субстратом по всей площади контакта (методы равномерного отрыва и сдвига) не всегда правильно. По этой причине усилие отрыва или сдвига, отне­сенное к площади отрыва, можно рассматривать только как весьма приближенную характеристику адгезии.

Следует иметь в виду, что наряду с количественной характеристикой прочности адгезионного соединения необходимо знать характер разрушения — когезионный, адгезионный или сме­шанный.

3.2.1. Методы неравномерного отрыва

Методы неравномерного отрыва весьма разнообразны. Общим признаком для них является нарушение связи между адгезивом и субстратом, причем усилие прикладывается не к центру соединения, а к одному его краю, поэтому связь нарушается постепенно.

Рис. 3.1. Схемы испытаний по отслаиванию жестких материалов:

а — внецентренное растяжение для блочных материалов;

б — изгиб для плиточного и листо­вого материалов;

в — изгиб для листового материала;

г—консольный изгиб.

Рис. 3.2. Схемы испытаний по отслаиванию гибких материалов от жесткой подложки под углом 90° (а, б, в) и 180° (г) и по расслаиванию гибких мате­риалов (д).

Разделение двух гибких материалов называют расслаиванием, а отделение гибкого материала от жесткого — отслаиванием. Если пленка адгезива (покрытия) недостаточно прочна, то при отделе­нии от субстрата она может разрушиться. Чтобы этого не произошло, пленка укрепляется подходящим армирующим материалом. Пользоваться армирующим материалом приходится и в тех слу­чаях, когда адгезив или субстрат под действием расслаивающего усилия способен сильно деформироваться — растягиваться. В тех случаях, когда разделяются путем постепенного нарушения связи два монолитных, негибких материала, такое испытание называют раскалыванием или отдиром. Все эти виды испытаний могут быть объединены одним общим термином — неравномерный отрыв. Многие из методов стандартизированы. Различные схемы испытаний на неравномерный отрыв приведены на рис. 3.1. и 3.2.

3.2.2. Методы равномерного отрыва

Методом равномерного отрыва измеряют величину усилия, не­обходимого для отделения адгезива от субстрата одновременно по всей площади контакта. Усилие при этом прикладывается пер­пендикулярно плоскости клеевого шва, а величина адгезии харак­теризуется силой, отнесенной к единице площади контакта (в Г/см² или кГ/см²). Некоторые из этих методов стандартизованы.

Рис. 3.3. Резино-металлические образцы для определения адгезии резины к металлам.

Чаще всего для измерения адгезии пользуются образцами гриб­кового типа, между торцовыми поверхностями которых находится адгезив. Таким способом измеряют, например, адгезию резины к металлам. Формы грибков и прослоечной резины различны (рис. 3.3).

Чтобы избежать образования шейки при испытании, предло­жены образцы с диаметром резинового диска, превышающим диа­метр металлического грибка. В последнее время рекомендованы грибки конической формы. Однако ценность такой модифика­ции сомнительна: концентрация усилий у вершины конуса, а также сочетание сдвига с отрывом создают весьма сложное распределе­ние напряжений. Образцы грибкового типа или просто склеен­ные торцами цилиндры используются также для определения адге­зии клеев к металлам. Клеевая прослойка в этом случае имеет толщину нескольких сотен микрон (рис. 3.4).

Для измерения адгезии лакокрасочных покрытий два грибка или цилиндра, имеющие на торцовой части уже сформиро­ванное покрытие, склеивают специально подобранным клеем, адгезия которого к покрытию должна быть выше, чем адгезия покрытия к подложке. К поверхности покрытия, нанесенного на подложку, иногда приклеивают отрывающее приспособление, а затем прикладывают усилие, направленное перпендикулярно по­верхности покрытия. Применение этого метода ограничено из-за трудности подбора соответствующего клея.

Рис. 3.4. Схемы измерений адгезии полимеров к метал­лам:

а—цилиндрические образцы—гриб­ки; б—цилиндрические или призма­тические образцы с осевым крепле­нием; 3—то же, с резьбовым креп­лением.

Адгезию резины к ткани также иногда определяют этим мето­дом. Образцы приготавливают следующим образом. Ткань приклеивают к торцовым поверхностям деревянных цилиндров, выступающие края ткани загибают и крепят проволокой в выточке на ци­линдре. Сырую резину накладывают на ткань и проводят вулканизацию. Подобным методом иногда измеряют адгезию заливочных компаундов к металлам, полимеров к стеклу, определяют прочность связи между слоями в стеклопластиках и т. д. На рис. 3.5.. показаны некоторые схе­мы испытаний по этим методам. Ино­гда вместо склеенных встык цилинд­ров для измерения адгезии методом отрыва применяют образцы в виде крестовины (рис. 3.6). Таким ме­тодом измеряют адгезию клеев к ме­таллам, дереву и стеклу.

В образцах типа грибков и крестовин под действием нагрузки возникают сложные и неоднородные напряжения. Адгезив растя­гивается сильнее, чем субстрат, и в большей степени подвергается поперечному сжатию. Вследствие этого возникают сдвиговые на­пряжения. Результирующие напряжения в слое адгезива оказы­ваются неодинаковыми в различных местах площади контакта. Кроме того, растягивающее усилие не всегда прикладывается точно по оси образца. Все это вызывает наряду с отрывом появ­ление расслаивания. Ускоренная киносъемка показала отсутствие параллельности поверхностей склейки непосредственно в момент отрыва.

Рис. 3.5. Схемы измерений адгезии полимеров к различным материалам методом отрыва:

а—резина к ткани (I — ткань, укрепленная на деревянном грибке; 2— резина);

б — смола к стеклу (1-металлические цилиндры; 2 - стеклянные пластинки;

3 — клей; 4 — слой смолы);

в — заливочные компаунды к металлам (1— метал­лическая подложка; 2—компаунд; 3— держатели).

Более равномерного распределения напряжений можно до­биться увеличением длины цилиндрического образца и уменьше­нием площади склеивания, что снижает влияние расслаивания при отрыве. В образцах типа крестовин особенно велика неоднородность напряжений. Так как нагрузка прикладывается к кон­цам брусков, они стремятся изогнуться, поэтому приходится поль­зоваться массивными образцами. При переходе к более толстым блокам сопротивление отрыву возрастает, что объясняется снижением гибкости блоков и соответственно более равномерным рас­пределением напряжений.

Метод скрещенных нитей, в котором две кварцевые нити, покрытые пленками полимеров, приводятся в контакт, а затем отрываются друг от друга, позволяет измерить работу отрыва, по которой судят об адгезии. Этот метод оказался весьма эффектив­ным для изучения кинетики прилипания тел в самых различных условиях. Метод скрещенных нитей основан на том предположе­нии, что имеет место точечный контакт (поскольку применяются нити диаметром 20—100 мкм) и нарушение контакта происходит мгновенно по всей площади путем равномерного отрыва. В дей­ствительности получить точечный контакт не удается, а определить истинную площадь контакта не представляется возможным. Это является одной из причин плохой воспроизводимости результа­тов. В тех случаях, когда адгезив и субстрат после приведения их в контакт подвергают полимеризации, вулканизации или ка­кому-либо другому необратимому химическому превращению, этот метод вообще неприменим.

Интересный метод определения адгезии покрытий к под­ложкам основан на отделении подложки от покрытия путем отрыва. Впервые он был разработан для определения сцепляемости электролитических осадков металлов с основой, а затем использован для определения адгезии полимерных покрытий к ме­таллам. Сущность метода сводится к следующему. В планке-под­ложке прямоугольного сечения просверливаются отверстия, в ко­торые вставляют цилиндрические или конические штифты по скользящей посадке. Торцы штифтов шлифуются вместе с план­кой, затем на эту плоскость наносится покрытие. После формиро­вания покрытия штифты выдергиваются (рис. 3.7). Однако ме­тод штифтов может оказаться непригодным при использовании покрытий в виде растворов с низким поверхностным натяжением: трудно будет избежать затекания раствора в зазор между штиф­том и стенкой отверстия. Кроме того, пленка покрытия должна обладать определенной механической прочностью, чтобы не произо­шло вместо отслаивания штифта разрушения пленки.

Имеется несколько методов отрыва адгезива от субстрата (или наоборот) путем сообщения адгезиву или субстрату ускоре­ния.

3.2.3. Методы сдвига

Касательные напряжения создают в клеевых конструкциях различными путями, например растяжением соединенных вна­хлестку материалов. Этим методом измеряют адгезию металлов, древесины, пластмасс, а также резины к резине и ме­таллам. Различные схемы испытаний на сдвиг при растяже­нии образцов показаны на рис. 3.8.

Установлено, что разрушающее напряжение не зависит от ши­рины образца, но линейно зависит от его длины до некоторого пре­дела. При дальнейшем увеличении длины образца разрушающая нагрузка стремится к постоянной величине.

Испытание клеевых соединений на сдвиг (срез) под действием сжимающих нагрузок (рис. 3.9) наиболее характерно для со­единения материалов значительной толщины.

Испытание на сдвиг при кручении образцов имеет перед рас­смотренными методами растяжения и сжатия одно важное преи­мущество: при кручении возникает чистый сдвиг без отрывающего усилия. В наиболее чистом виде сдвиг реализуется при скручива­нии двух тонкостенных цилиндров, склонных торцами. На рис. 3.10 приведены схемы испытаний клеевых соединений скру­чиванием. Описанный в предыдущем разделе метод штифтов также вполне пригоден для испытаний кручением. Получаемые при этом результаты не зависят от толщины покрытия. Известен также способ измерения адгезии покрытий путем скручивания приклеенных торцами к поверхности покрытия цилиндрических полых или сплошных стержней.

Рис. 3.10. Схемы испытаний клеевых соединений на сдвиг при кручении:

Характеристики

Список файлов ВКР